Vorstudie zur energetischen Modellierung automatischer Parksysteme

Simulation in Production
and Logistics 2015
Markus Rabe & Uwe Clausen (eds.)
Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2015
Vorstudie zur energetischen Modellierung
automatischer Parksysteme
Preliminary Study for Energetic Modelling
of Automated Parking Systems
Katrin Sinha, Bernd Künne, TU Dortmund, Dortmund (Germany),
[email protected], [email protected]
Abstract: In view of decreasing fossil fuel, energy efficiency is one of the most
important keys to all industry sectors. By contrast, the number of cars utilised all
over the world is increasing which leads to a growing stationary traffic. From this it
follows a demand to develop a system creating more parking spaces. An automated
parking system provides the reduction of space requirements concerning
conventional car parks. In this case, the parking space is doubled at the same
cubature. The aim of the project is the analysis of the energy consumption of
automated parking systems and the improvement of the energy efficiency. In this
case different simulation models of automated parking systems are going to be
developed. The bases of these models are theoretical backgrounds of the propulsion
technology and the system architecture of available parking systems. This paper
demonstrates the results of the simulation preliminary study.
1
Einleitung
Neben regenerativen Energien, angepassten Netzstrukturen und Elektromobilität
übernimmt die Steigerung der Energieeffizienz eine wichtige Rolle bei der erfolgreichen Umsetzung der Energiewende (Stadt Dortmund Umweltamt 2011). Stetig steigender Energiekonsum, bedingt durch den hohen Automatisierungsgrad heutiger
Prozesse, erzwingt eine Effektivitätssteigerung von Anlagen und Maschinen. Energieeffiziente Anlagen und Produkte haben im Hinblick auf eine nachhaltige Energieversorgung daher eine große ökonomische und ökologische Bedeutung.
Steigender Individualverkehr und die dazugehörige Unterbringung des ruhenden
Verkehrs sind ein immer größeres Problem. Untersuchungen zeigen, dass in Spitzenzeiten Parksuchverkehre bis zu 80% des Verkehrsaufkommens verursachen
(BAGMG 1990). Park-Such-Situationen sind mit Stausituationen gleichzusetzen.
Verglichen mit dem fließenden Verkehr werden hier drei- bis fünfmal so viel Schadstoffe produziert (Fittinghoff 2001). Die Forderung nach mehr Stellplätzen ist demnach nicht nur eine ökonomische, sondern auch eine ökologische Lösung. Dadurch
596
Sinha, Katrin; Künnne, Bernd
bedingt rücken autom
matische Parkksysteme (AP
PS) bei der Stadt- und V
Verkehrsplanung immer mehr in den Fokus und finden z. B. in neueen sogenannteen SmartCity-Konnzepten Anw
wendung. Einee energetisch
he Optimierunng von APS erfordert
sowohl die
d Abstimmuung von Produuktivität als au
uch zeitlicher Effizienz.
E
2
Stand derr Technik
Im folgeenden wird einn Überblick übber den Stand der Technik automatischer
a
r Parksysteme geggeben sowie Anwendungsbbereiche der Simulation im
m Kontext loggistischer
Systeme mit energetisschen Fragesteellungen präseentiert. Der Scchwerpunkt liiegt dabei
auf der Betrachtung von
v Simulatioonen, die als Ziel die enerrgieeffiziente Untersuchung voon Intralogistiischen Anlageen anstreben.
2.1
Automatis
sche Parksysteme
Ein Parkksystem verfüügt über minddestens zwei Stellplätze,
S
einnen Zubringeer, der als
Straße oder
o
Fahrgassee ausgebaut ist,
i und die zu
ugehörigen Suubsysteme, soodass das
Parken von
v mindestenns zwei Pkw möglich
m
ist (K
Kirchmann 19993). Eine Systtematisierung vonn Parksystem
men nach dem
m Automatisieerungsgrad diffferenziert Annlagen in
konventiionelle (herköömmliche) undd automatisierrte Systeme. Während
W
in koonventionellen Systemen aussschließlich diee Antriebskrafft des fahrzeuugeigenen Mootors zum
Erreichen des Stellplaatzes genutzt wird,
w
überneh
hmen in APS technische M
Mittel oder
Förderannlagen den Paarkvorgang enntweder teilweeise oder volllständig. Grunndsätzlich
besteht ein
e APS aus einer
e
Übergabbezone/-station
n, Fördertechnnik mit Antrieebsaggregaten unnd einem Lageermittel, das zuur Speicherun
ng der Pkw dieent.
Die Entw
wicklung vonn APS begannn in den Anfä
fängen des 200. Jahrhundertss (Hamelink 2011). Heute sindd auf dem weeltweiten Mark
kt unterschieddliche System
mvarianten
mit versschiedenen Föördertechnikenn verbreitet. Die
D Herstellerr setzen dabeei auf die
von ihneen entwickeltee und seit Jahhren erprobte Technik. Einhheitliche Systtem- oder
Fördertechnik finden herstellerüber
h
rgreifend keine Anwendungg.
Abbildun
ng 1: Multifunnktionales AP
PS in Containeerbauweise. Prototyp
P
des F
FG ME
der TU Dortmund.
D
Linnks: Vorderannsicht; Einfahrrtsrampe und geöffnete E/A
A-Station.
Rechts: Innenansicht;
I
vorne das in der Gasse verrfahrende RBG
G, dahinter (rr.) die mit
der Öffnung nach inneen gerichtetenn Container (K
Künne und Sinnha 2013a)
Energetiische Betrachttungen standeen bislang niccht im Vorderrgrund der Foorschung.
Obwohl ein hoher Eneergiebedarf alls Nachteil in der Literatur aufgeführt
a
wirrd, fehlen
wissenscchaftliche Unttersuchungen und Optimierrungsansätze (Söhnchen 19995; Bellmann 19997). Entsprecchend sind eneergetische Verrlustmechanissmen und Einfflusspara-
Vorstudie zur energetischen Modellierung automatischer Parksysteme
597
meter nur unzureichend analysiert und deren Einfluss auf den Energiebedarf wenig
erforscht. Auch die unterschiedlichen Förderaggregate (Regalbediengeräte (RBG),
Shuttle-Lift-System (SLS)), Stellplatzanordnungen (Turm- oder Gassensysteme)
und Systemvarianten (mit und ohne Ladehilfsmittel (LHM)) sind bislang noch nicht
im Bezug auf den Energiebedarf vergleichend gegenübergestellt worden.
Seit einigen Jahren wird eine Kombination aus automatischem Park- und Lagersystem, in Form multifunktionaler Park- und Lagersysteme, diskutiert (Kuhn 2004). Im
Hinblick auf ein steigendes Verkehrsaufkommen bietet die zeitgleiche oder versetzte
Mehrfachnutzung logistischer Systeme zur Lagerung von Pkw und Waren eine
Möglichkeit mit hoher Flexibilität und multipler Funktion in innerstädtischen Bereichen und Ballungsgebieten, dezentralen Park- und Lagerraum zu schaffen. Im Rahmen eines Verbundprojektes wurde vom Fachgebiet Maschinenelemente (FG ME)
gemeinsam mit Industrie- und Hochschulpartnern ein neuartiges multifunktionales
APS in Containerbauweise entwickelt (Abb. 1).
2.2
Simulation in der Logistik
Der Einsatzbereich von Simulation in der Logistik ist vielfältig. Ein Indikator für
den Einsatz der Simulation in diesem Bereich ist u. a. die Zeitanhängigkeit der dort
betrachteten Systeme. Eine detaillierte Übersicht, die unterschiedliche Simulationsansätze in logistischen Systemen zeigt, geben Blecker et al. (2014) in Innovative
Methods in Logistics and Supply Chain Management.
Ein wichtiges Ziel in der aktuellen logistischen Forschungslandschaft sind u. a.
Maßnahmen zum Umweltschutz. Beispielsweise erfolgt die Erfassung von CO2Parametern im Kontext der Green Supply Chain (Rabe et al. 2012). Aber auch die
Steigerung der Energieeffizienz intralogistischer Anlagen wird erforscht. Die energetische Optimierung eines Kleinteilelagers ist im Forschungsprojekt Eneff Lager Energieeffiziente Lagerstrategien und Lastverteilung vorgenommen worden (Zadek
2014). Die Verwendung der Simulation als Analysetool ist hierbei gängige Praxis.
Forschungsarbeiten beziehen sich auf den Aufbau und die Simulation von Modellen,
die Ergebnisse geben z. B. Aufschluss über das Potenzial von Leichtbau-Werkstoffen in RBG (Günthner et al. 2011) oder spiegeln den Einfluss kinematischer Parameter auf den Energiebedarf von RBG in Kleinteilelagern wider (Schulz et al. 2012).
Jedes intralogistische System verfügt über elektrische Antriebe. Im Zusammenhang
einer Energieeffizienzanalyse von Antriebskomponenten kann die Simulation Anwendung für die Bewertung von elektrischen Antrieben finden, und energieexakte
Simulationsmodelle können aufgebaut werden (Blank und Roth-Stielow 2011).
Vermehrt findet die Simulation nun auch im Kontext mit APS Anwendung. Die Modellierung eines APS nahm Schrepfer (2000) vor und untersuchte diese u. a. hinsichtlich der logistischen Kapazität. Weiterhin sind Vorarbeiten aus der Forschung
bekannt, die das Ein- und Ausfahrtverhalten der Kunden modellieren, damit Rückstauungen auf öffentliche Verkehrswege vermieden werden (Bernhard und Fender 2003). Die Untersuchung alternativer Fördermitteltechnik in APS erforschte
Eller (2010). Das Ziel dieser Arbeit ist, die Reduktion des Lastpendelns beim Einsatz von Kranen als Fördermittel in APS zu erreichen, dafür werden unterschiedliche
Steuerungsstrategien von Krananlagen simuliert.
Die energetische Optimierung von APS ist bislang nicht wissenschaftlich untersucht
worden. Dementsprechend fehlen Ansätze sowie quantitative belegbare Aussagen.
598
Sinha, Katrin; Künne, Bernd
Die vorliegenden Forschungsarbeiten dienen dazu, die Forschungslücke zu schließen
und ein Simulationsmodell aufzubauen, um den Energiebedarf unterschiedlicher
APS-Systemvarianten sowie mögliche Energieeinsparpotentiale aufzuzeigen.
3
Vorstudien für den Simulationsaufbau
Für den Aufbau eines Simulationsmodells, das den Energiebedarf von APS abbildet,
ist eine Systemanalyse zwingend erforderlich. Im Zuge der Forschungsarbeiten werden APS der Kategorie Parkregale mit feststehenden Regalen unter Variation verschiedener Fördermittel einer Energieeffizienzanalyse unterzogen. Deswegen wird
an dieser Stelle für eine detaillierte Beschreibung anderer Parksystemvarianten auf
die Literatur verwiesen (Fittinghoff 2011; Irmscher et al. 2013; Kirchmann 1993).
Um die energetische Optimierung von APS zu erreichen, müssen die Einflussgrößen
auf den Energiebedarf bekannt sein. Entsprechend erfolgt vorab eine Systemanalyse,
die sowohl den allgemeinen Aufbau als auch die Funktionsweise von APS umfasst.
3.1
Allgemeiner Aufbau und Funktionsweise von APS
APS sind in der VDI-Richtlinie 4466 definiert als „Systeme mit fördertechnischen
Einrichtungen, die in einer Übergabekabine ein dort geparktes Fahrzeug aufnehmen
und automatisch zu einem Lagerfach (Stellplatz) transportieren, um es dort einzulagern. Nach einer variablen Lagerzeit (Parkzeit) wird das Fahrzeug auf Anforderung
vom Stellplatz automatisch ausgelagert und in eine Übergabekabine befördert, wo es
dem Benutzer wieder zur Verfügung steht“. Der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise von APS entsprechen grundlegend dem Aufbau eines in der Intralogistik
etablierten automatischen Hochregallagers.
Der Parkvorgang endet aus des Nutzers Sicht in einem APS nach Abgabe des Fahrzeuges in der Übergabestation. Systemseitig jedoch beginnt nun der eigentliche
Parkprozess. Es folgt der automatische Pkw-Transport durch den Einsatz entsprechender Fördermitteltechnik zu einem freien Stellplatz. Nach Beendigung der Parkdauer kann das Fahrzeug in der Übergabezone durch den Nutzer abgerufen werden.
Nach Transport zur Nutzerschnittstelle ist der Vorgang aus System- und Betreibersicht abgeschlossen. Der Pkw ist wieder im Verantwortungsbereich des Nutzers.
3.2
Ergebnisse der energetischen Parameterstudie
Parameter, die Einfluss auf den Energiebedarf von APS haben, sind in allgemeingültige, energetische Parameter der Antriebskomponenten und systemspezifische Parameter zu gliedern. Allgemeingültige Einflussparameter sind in jedem Parksystem in
ähnlicher Weise vorhanden. Einen Einfluss auf den Energiebedarf des Systems
haben beispielsweise die Antriebsgeschwindigkeit, die interne Prozessführung, die
Nutzungsfrequenz und Taktzeiten sowie die Massen der unterschiedlichen Ladeeinheiten. Jedoch auch die Massen der Fördermittel und Hilfsaggregate beeinflussen die
benötigte Motorleistung. Auf der antriebstechnischen Seite hängen die Einflussparameter von den jeweils verwendeten Antriebskomponenten ab. Dazu zählen u. a. die
Art der Motoren, deren Auslegungs- und optimaler Betriebspunkt, die verwendeten
Führungselemente und Getriebe sowie die Lagerungsart. Systemspezifische Parameter sind bestimmt vom Aufbau des Parksystems, d. h. abhängig von Etagen- und
Spaltenanzahl, Lage der E/A-Station, Taktspielanzahl, Stellplatzanordnung, -tiefe,
Vorstudie zur energetischen Modellierung automatischer Parksysteme
599
-breite und -anzahl sowie der Fördermitteltechnik. Bei gleicher Stellplatzanzahl hat
beispielsweise ein Turmsystem einen anderen Energiebedarf als ein Gassensystem.
Wieterhin ist die verwendete Fördermitteltechnik ausschlaggebend für den Energiebedarf von APS. SLS transportieren während der Erschließung der horizontalen Verfahrwege, konstruktiv und durch die Arbeitsweise bedingt, geringere Massen als
RBG. Systeme mit Palettenwechseleinheit arbeiten mit mehr Taktspielen, dafür aber
zeitlich schneller als Systeme ohne ein solches Aggregat.
3.3
Erste Projektergebnisse
Erste Untersuchungen und theoretische Betrachtungen bezüglich eines energieeffizienten Betriebs von APS am fachgebietseigenen Demonstrator zeigen, dass der
Energiebedarf der Anlage (a) vom Gewicht der einzulagernden Güter vgl. hierzu
(Künne und Sinha 2013b; Sinha 2013) und (b) bedingt durch den Anteil der kinetischen Energie von der Verfahrgeschwindigkeit der Förderaggregate abhängt.
Messungen des Energiebedarfs des RBGs in Abhängigkeit von der Nutzlast bei einer
Fahrt von Ebene 0 in Ebene 2 wurden zu Testzwecken durchgeführt. Die Lastabhängigkeit der Motorenleistung wird bei einer Beladung von ca. 1200 kg durch einen
um ca. 15% erhöhten Energiebedarf im Vergleich zu einer Leerfahrt bestätigt
(Künne und Sinha 2013b). Prozessführungen mit höheren Geschwindigkeiten oder
unterschiedlicher Priorisierung der einzulagernden Gütermassen beeinflussen nachweislich den Energiebedarf der Antriebskomponenten (vgl. hierzu Sinha 2013). Entsprechend an die Gewichtsklassen der Nutzlast angepasste Prozessführungen würden somit den Energieverbrauch des Systems senken (Sinha und Künne 2012).
4
Simulationsaufbau
Die energetische Optimierung von APS ist u. a. durch die Abhängigkeit der energetischen Einflussparameter problematisch. Ein Ziel der Forschungsarbeiten ist herstellerunabhängig die energetisch sowie zeitlich effizienteste APS-Konfiguration zu
generieren. Dafür ist eine herstellerübergreifende Analyse und Bewertung von APS
notwendig. Einerseits ist es aufgrund der Vielzahl möglicher Konfigurationen notwendig, die Simulation als Analyseinstrument für die verschiedenen Simulationsszenarien einzusetzen (vgl. hierzu März et al. 2011). Andererseits fehlen reale Anlagen
zu Testzwecken. Die Analyse unterschiedlicher Fördermittel ist z. B. nicht ohne
monetären Aufwand und komplizierte Umbaumaßnahmen zu prüfen. Ferner ist
betreiberseitig ein Anlagenstillstand nicht zumutbar.
4.1
Simulationsprogramm Plant Simulation
Zur Untersuchung der vorliegenden Problematik wird das in der Industrie weit verbreitete Simulationsprogramm Plant Simulation der Firma Siemens Industry Software GmbH & Co. KG (2015), das zum Produktportfolio von Tecnomatix gehört,
verwendet. Mit Plant Simulation können Produktionssysteme modelliert und simuliert werden. Weiterhin können beispielweise der Materialfluss, die Ressourcennutzung und die Logistik auf allen Stufen der Anlagenplanung optimiert werden.
Aufgrund der Analogie von APS zu intralogistischen Anlagen ist Plant Simulation
ein guter Kompromiss bzgl. Einsatzbreite und Implementierungsunterstützung. Zudem bietet Plant Simulation die Möglichkeit, das Verhalten von Simulationsmodel-
600
Sinha, Katrin; Künne, Bernd
len genauer zu beschreiben, da diese mit der zugrunde liegenden Skriptsprache „Sim
Talk“ zu steuern sind (Eley 2012).
4.2
Allgemeiner Aufbau der Simulation von APS
In den Simulationsaufbau gehen sowohl die Inputparameter, die Einfluss auf den
Energieverbrauch eines APS nehmen, als auch die entsprechend zu modellierenden
Simulationselemente ein. Abbildung 2 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau
der Simulation. Die Simulationselemente können aufgrund ihrer Eigenschaften nicht
mit Hilfe von zugewiesenen Parametern gestaltet werden. Exemplarisch hierfür sind
die Stellplatzkonfigurationen, für die aufgrund der verschiedenen Anordnungen unterschiedliche Simulationsmodelle erstellt werden müssen, anzuführen. Gleichermaßen sind die Fördermittel als Element zu modellieren. Es ist z. B. nicht möglich, die
Verfahrrichtung durch zugewiesene Attribute in Listen abzubilden.
Masse
Standort
Taktzeiten
Stellplatztiefe
Prozessführung
Stellplatzanzahl
Geschwindigkeit
Lage E/A-Station
Stellplatzabmaße
Antriebsaggregate
Input
Output
Energiebedarf
Zeit
Simulationsaufbau
Simulationselemente
Fördermittelart / Antriebsaggregate
Art des Lagermittels / Stellplatzkonfiguration
Abbildung 2: Allgemeiner Aufbau der unterschiedlichen Simulationsmodelle
APS sind mit intralogistischen Systemen gleichzusetzen. Deshalb muss als Outputparameter sowohl der Energiebedarf als auch die benötigte Zeit für einen Prozessschritt ausgegeben werden. Erst durch beide Parameter ist die energetische Optimierung in Abhängigkeit von Produktivität und zeitlicher Effizienz zu realisieren.
4.3
Simulationselemente und Simulationsmodelle
Die energetische Optimierung erfordert Aufbau und Überprüfung mehrerer Simulationsmodelle unterschiedlicher Parksystemkonfigurationen. Durch Variation des Simulationsaufbaus sind neue Simulationsmodelle konfigurierbar. Unterschiedliche
Simulationsszenarien werden unter Variation der Inputparameter generiert. Nach
Analyse der Ergebnisse erfolgt eine entsprechende Optimierung. Abbildung 3 zeigt
einige zu modellierende Simulationselemente mit Stell- und Einflussgrößen. Die
Stellplatzkonfiguration bestimmt den Aufbau des APS. Aufgrund unterschiedlicher
Arbeitsweisen können auch Fördermittel nicht durch einfaches Zuweisen von Attributen in Listenform abgebildet werden. Die spezifischen Eigenschaften von SLS
und RBG müssen über Modelle festgelegt werden. Zur Überprüfung verschiedener
Vorstudie zur energetischen Modellierung automatischer Parksysteme
601
Antriebskonzepte ist ebenso eine Modellierung erforderlich. Aufgrund des Kennlinienverhaltens und der Anhängigkeit unterschiedlicher Parameter voneinander
kann eine Zuweisung im Listenformat nicht erfolgen.
Stellplatzkonfiguration
Fördermittelkonfiguration
• Bauweise des Regals • Shuttle-Lift-System
• Turmbauweise
• Gassensystem
• Stellplatzanordnung
•
•
•
•
Antriebskomponenten
• Antriebsart
• Trennung vertikalen &
horizontalen Transfers
• Anzahl der Shuttle pro Ebene
• Anzahl der Lifte
• mit/ohne Palettenwechsler
• mit/ohne LAM
•
radial
tangential
senkrecht zur Gasse
• RBG
parallel zur Gasse
• Diagonaltransfer möglich
Etagenhöhe
• Trennung vertikalen &
Etagenanzahl
horizontalen Transfers
Anzahl der Spalten
• mit/ohne Palettenwechsler
Gesamtstellplatzzahl
• mit/ohne LAM
•
•
•
•
• Stellplatzbreite
•
•
•
•
•
elektrisch
hydraulisch
Leistungsklassen
Kennlinienverhalten
Anfahrverhalten
Antriebsmotor
• Synchronmaschine
• Asynchronmaschine
• Energierückgewinnung
• Lagerungsart
• Gleit-/Wälzlager
• Führungen
Abbildung 3: Ausgewählte Simulationselemente, die zum Aufbau eines Simulationsmodells zur energetischen Analyse und Optimierung von APS identifiziert sind
Modell 1
Modell 2
• Gassensystem
• Stellplatzanordnung:
senkrecht
• RBG
• LHM
• Palettenwechsler
• einfachtief
• E/A-Station
• Energierückgewinnung
• Turmbauweise
• Stellplatzanordnung:
radial
• RBG
• LHM
• Palettenwechsler
• einfachtief
• E/A-Station
Modell 3
• Gassensystem
• Stellplatzanordnung:
senkrecht
• SLS
• LHM
• Palettenwechsler
• mehrfachrief
• E/A-Station
Modell 4
• Gassensystem
• Stellplatzanordnung:
parallel
• RBG
• ohne LHM
• ohne
Palettenwechsler
• einfachtief
• E/A-Station
Abbildung 4: Exemplarische Auswahl an Simulationsmodellen durch Variation der
Simulationselemente (Darstellung der APS nach Hamelink 2011)
In Abbildung 4 wird eine Auswahl an Simulationsmodellen, die unterschiedliche
Parksystemtypen abbilden, mit zugehörigen Systemspezifikationen, gezeigt. Zu
jeder Systemvariante ist eine schematische Abbildung dargestellt. Diese verdeutlicht
die Stellplatzkonfiguration mit Anordnung und Tiefe der Stellplätze, die Systembauweise, die Lage der E/A-Station und spiegelt das verwendete Fördermittel wider.
4.4
Konkretes Simulationsmodell am Beispiel des
multifunktionalen APS in Containerbauweise
Die Erläuterung des konkreten Simulationsmodells erfolgt anhand des Beispiels
eines realen Simulationsszenarios für das vorhandene multifunktionale APS.
602
Sinha, Katrin; Künne, Bernd
Variationsparameter
Beschreibung
Wertebereich
Gassenseitenanzahl
Stellplatzanordnung
Stellplatzbreite
Stellplatzhöhe
Stellplatztiefe
Stellplatzanzahl S. 1
Stellplatzanzahl S. 2
Etagenanzahl S. 1
Etagenanzahl S. 2
Spaltenanzahl S. 1
Spaltenanzahl S. 2
Lage der E/A-Station
Stellplatzseiten pro Gasse
Ausrichtung der Stellplätze zur Gasse
Breite der Stellplätze in [m]
Höhe der Stellplätze in [m]
Anzahl der Stellplätze pro ISO-Container [Fuss]
Stellplätze pro Seite
Stellplätze pro Seite
Anzahl X der Etagen der Stellplatzmatrix S. 1
Anzahl Y der Etagen der Stellplatzmatrix S. 2
Anzahl an Stellplätzen pro Etage: Gassenseite 1
Anzahl an Stellplätzen pro Etage: Gassenseite 2
Lage der E/A-Station im System
1-2
1/ 2
2-3
1,4 - 2,5
20 / 40
1-6
1-9
1-3
1-3
1-3
1-2
S. 1 / 2; X; Y
Abbildung 5: Wertebereich der Parameter des Simulationselementes Stellplatzkonfiguration am Beispiel des multifunktionalen APS in Containerbauweise
Abbildung 5 zeigt den entwickelten Wertebereich der Parameter des Simulationselements Stellplatzkonfiguration und die damit verbundenen Variationsmöglichkeiten
des fachgebietseigenen Demonstrators. An dieser Stelle wird deutlich, dass die Anwendung der Simulation als Analysetool aufgrund der Vielzahl an Variationen zwingend erforderlich ist.
Simulationselementekonfiguration
•
•
•
•
•
•
Art des Lagermittels: Regal mit Gasse
20 Fuss ISO-Container als Stellplatz
Fördermittel: Regalbediengerät
Nutzung von Ladehilfsmitteln
Antriebaggregate: elektrische Motoren
Stellplatzkonfiguration
• Seite 1: 3 Etagen; 2 Stapel; 5 Stellplätze
• Seite 1: 3 Etagen; 3 Stapel; 9 Stellplätze
• Stellplatzanordnung parallel zur Gasse
• Lage der E/A-Station S. 1; E. 0; Stapel 1
• Stellplatzbreite 2,481m
• Stellplatzhöhe 2,591 m
Simulationsmodell
APS in Containerbauweise
Demonstrator des FG ME
Input
Output
Simulationselemente
Abbildung 6: Darstellung des konkreten Simulationsmodellaufbaus am Beispiel des
fachgebietseigenen Demonstrators eines multifunktionalen APS in Containerbauweise mit quantitativer Angabe des Simulationselements Stellplatzkonfiguration.
Abschließend zeigt Abbildung 6 die Konkretisierung des Simulationsmodellaufbaus
des multifunktionalen automatischen Parksystems in Containerbauweise in Analogie
zum allgemeinen Simulationsaufbau aus Abbildung 2. Der schematisch dargestellte
Modellaufbau entspricht der Versuchsanlage des Fachgebiets Maschinenelemente
der TU Dortmund und wird in den Simulationen als Referenzobjekt dienen.
Vorstudie zur energetischen Modellierung automatischer Parksysteme
5
603
Zusammenfassung und Ausblick
Die Simulationsvorstudie automatischer Parksysteme zeigt, dass die Einflussparameter auf den Energiebedarf von APS in einer wechselseitigen Beziehung zueinander stehen. Dadurch bedingt muss eine genaue Charakterisierung unter Variation
dieser energetischen Größen erfolgen. Da die Auswirkung der Parameter auf den
Energiebedarf von APS bislang unerforscht ist, ermöglicht erst diese Spezifikation
die energetische Optimierung von APS. Die erste Phase der Forschungsarbeiten hat
bereits gezeigt, dass ein Potential bezüglich einer energetischen Optimierung besteht
und durch beispielsweise eine entsprechende Prozessführung zu erreichen ist (vgl.
Kap. 3.3). Eine herstellerübergreifende Optimierung ermöglicht eine Vielzahl von
APS-Konfigurationsmöglichkeiten. Aus diesem Grund ist der Einsatz der Simulation als Analyseinstrument der unterschiedlichen Simulationsszenarien erforderlich.
In der aktuellen Forschungsphase wird mit Plant Simulation der vorgestellte Prototyp des multifunktionalen Parksystems in Containerbauweise realisiert. Dazu werden
die in Kapitel 4.3 vorgestellten Simulationselemente in das Simulationsmodell übertragen. Nach erfolgter Validierung des Modells werden im Anschluss unterschiedliche Simulationsszenarien abgebildet, und eine erste Analyse des Systems erfolgt
anhand dieser Ergebnisse. Im Verlauf der Forschungsarbeiten sind weitere Modelle
mittels der modellierten Simulationselemente zu konfigurieren, um verschiedene
APS abzubilden. Unter Variation der energetischen Parameter werden obige Simulationsszenarien analog durchlaufen und die Ergebnisse ausgewertet. Abschließend
werden weitere energetische Einsparpotentiale identifiziert, und eine herstellerunabhängige Variante eines energieeffizient gestalteten APS zu realisieren sein.
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